Eine aktuelle Studie der Humboldt-Universität zu Berlin und der Queen Mary University of London hat ein neues Präzisionsniveau bei der Modellierung von Kollisionen zwischen Schwarzen Löchern und Neutronensternen erreicht. Dieser Durchbruch verbessert unsere Fähigkeit, Gravitationswellen zu verstehen, erheblich.
Die fortschrittlichen Techniken des Teams, die sich auf die Quantenfeldtheorie stützen, haben es ihnen ermöglicht, die fünfte post-Minkowskische Ordnung (5PM) für Observablen wie Streuwinkel, abgestrahlte Energie und Rückstoß zu berechnen. Ein überraschendes Ergebnis dieser Forschung ist das Auftreten von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten in drei Dimensionen, geometrischen Strukturen, die typischerweise mit der Stringtheorie und der algebraischen Geometrie in Verbindung gebracht werden, im Kontext von Strahlungsenergie und Rückstoß. Diese mathematischen Konstrukte erweisen sich nun als relevant für die Beschreibung realer astrophysikalischer Phänomene.
Angesichts der verbesserten Empfindlichkeit von Gravitationswellenobservatorien wie LIGO und der bevorstehenden Detektoren der nächsten Generation wie LISA steigt der Bedarf an hochpräzisen theoretischen Modellen. Laut Dr. Gustav Mogull von der Queen Mary University London ist die mathematische und rechnerische Präzision, die für die Untersuchung der Wechselwirkung und Streuung von Schwarzen Löchern durch die Gravitation erforderlich ist, immens. Benjamin Sauer, ein Doktorand an der Humboldt-Universität zu Berlin, merkt an, dass das Auftreten von Calabi-Yau-Geometrien unser Verständnis des Zusammenspiels zwischen Mathematik und Physik verbessert und die Modelle verbessern wird, die zur Interpretation von Beobachtungsdaten in der Gravitationswellenastronomie verwendet werden. Die Studie wurde am 14. Mai 2025 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.